DE2717058A1

DE2717058A1 - Multiple winding coil for sync. motor - has windings wound row by row up whole height of salient pole with each coil arranged concentrically one within the other

Info

Publication number: DE2717058A1
Application number: DE19772717058
Authority: DE
Inventors: Albert Zinovjevitsch Lesochin
Original assignee: LESOCHIN
Current assignee: LESOCHIN
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1977-04-18
Publication date: 1978-10-26
Also published as: DE2717058C2

Abstract

Large, slow-speed, synchronous electric motors or hydraulic generators, with direct water cooling salient pole multiple windings coil, comprises several layers across the length of the pole and several rows across the pole thickness, the coil being made up of discrete, electrically interconnected windings. To keep the connections between the coil windings to a min. and to arrange these connections solely on the outer side of the coil with simultaneous reduction in the dimensions of the coil(s), all the windings are wound row by row up the whole height of the coil, each row equalling to the thickness of the wire. Each coil has the same number of windings wound in the same direction, such that the coils are arranged concentrically one within the other. The coils are oriented so that the first shunt ends of the windings are arranged adjacent to one another on one face of the coil and the second shunt ends adjacent to one another on the other face of the coil.

Description

Beschreibung description

Die torliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet den elektrischen Großmaschinenbaus,und zwar auf den Aufbau von Mehrwindungsepulon für Pole elektrischer Maschinen. The present invention relates to the field of electrical Large machine construction, specifically on the construction of multi-turn pulon for electrical poles Machinery.

Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung beim Aufbau von Polen für elektrische Schenkelpo-Synchronmaschinen, insbesondere große longsamlaufende Synchronmotoren oder Wasserkraft-Rohrgeneratoren mit direkter Wasscrkühlung verwendet werden, deren Polspulenwindungen in mohroren Roihen über den querschnitt und in mehreren Lagen über die Höhe des Pols angeordnet sind. The present invention can be particularly advantageous in construction of Poles for electrical Schenkelpo synchronous machines, especially large, slow running machines Synchronous motors or hydropower tube generators with direct water cooling are used whose pole coil windings are in Moorish Roihen over the cross-section and in several layers are arranged over the height of the pole.

Die Pole z.B. des Rottrs einer elektrischen Maschine enthalten einen aus gestanzten Stahlblochen geschichtoten Korn und eine um den Kern gewickelte und aus einem Leiter mit Isolation zwischen den Windungen ausgeführte Spule. Eine solche Spule bildet einen Teil der Erregerwicklung den Rotors der elektrischen maschine. The poles of e.g. the red door of an electrical machine contain one from punched steel blocks layered grain and one wound around the core and Coil made from a conductor with insulation between the turns. Such Kitchen sink forms part of the field winding of the rotor of the electrical machine.

Die bedeutende Erhöhung der Einzelleistung elektrincher Maschinen erfordert eine Verstörkung dor Durchflutung der Erregerwicklungen. Das zwingt zu einer Effektivitätssteigerung der Mcklungsküblung und zur Verwendung der direkten Flüssigkeitskühlung. In Rotorpolen mit Wasserkühlung wird die Wärme durch an im Innern von Hehlloitern ar Polnpule umlnufondo Wasser abgeleitet, wobei die Hohlleiter in der Regel einon rechteckigen Querschnitt aufweisen. The significant increase in the individual performance of electrical machines requires an amplification of the flow through the excitation windings. That forces you to an increase in the effectiveness of the Mcklungsküblung and the use of direct Liquid cooling. In rotor poles with water cooling, the heat is transferred to im Inside of Hehlloitern ar pole coil umlnufondo water is derived, whereby the waveguide usually have a rectangular cross-section.

Dabei ist es jodoch schwierig , die Windungen der Polpule übereinander in einer Reihe in vertikaler Richtung anzuordnen, wie es bei üblichen Wicklungen mit Luftkühlung üblich ist, ohne daß die geometrischen Abmessungen des Polkerns, insbesondore seine Höhe, wesentlich vergrößert werden. It is difficult to place the turns of the pole coil on top of one another to be arranged in a row in the vertical direction, as is the case with conventional windings with air cooling is common, without the geometrical dimensions of the pole core, especially its height, can be increased significantly.

Die Spule muß dabei aus mehreren anoinanderstoßonden und don Polkern umfassenden Windungsreihen Ausgeführt werden, wobei bei Vorhandensein von mehreren Windungsreihen in der Spule eine entsprechende elektrische Verbindung der Windungen diesen Reihen erforderlich ist. In einer Mehrwindungspolopulo können mehrere solche Verbindungen vorhandon sein, die üblicherweise mit Hilfe von Jiartiötung hergestellt werden. Ihre Anordnung in der Spule ist von bestimmtem Interesse, besonders für den Fall einer Wicklung mit Flüssigkeitskühlung, wenn die Möglichkeit eines leichten Zugangs zu diesen Verbindungen zwecks Bosichtigung und Reparatur erförderlich ist.The coil must consist of several mutually abutting probes and the pole core comprehensive rows of turns are executed, with the presence of several Rows of turns in the coil provide a corresponding electrical connection between the turns these ranks is required. In a multi-turn polopulo there can be several such Connections should be present, usually made with the help of jiartiotting will. Their arrangement in the coil is of certain interest, especially for the case of a winding with liquid cooling, if the possibility of a slight Access to these connections for inspection and repair is required.

Weitbekannt sind in einer Reibe gewickelte Polspulen. In diesen Spulon fehlen Lötverbindungen zwischen den Windungen mit Ausnahme der Fälle, wenn die summerische Lange ssmtlichor Spulenwindungen die Leiterlänge im Schuß überscheitet. Pole coils wound in a grater are well known. In this Spulon lacks solder connections between the turns except in cases when the summer length ssmtlichor coil windings exceeds the conductor length in the weft.

Die Nachteile einer solchen Spule bestehen darin, daß es bei den vorgegebenen Abmossungen des Pols und des Leiterquerscbitts unmöglich ist, die erforderliche hohe Windungazahl aufzuwickeln und daß dio Spulenhöhe größer als die einfache summarische Höhe sämtlicher in eine senkreche Reine gelegter Leiter mit Windungsisolation wird , da eine horizontale Lage dor Spule für die Ableitungen dient.The disadvantages of such a coil are that it is with the given Dimensions of the pole and the cross-section of the conductor is impossible, the required wind high number of turns and that the coil height is greater than the simple summary Height of all conductors laid in a vertical line with winding insulation , since a horizontal position of the coil is used for the discharges.

Es sind auch aus Einzolnpulen zusammengesetzte mchrwindungspolspulen bekannt, wobei Jede Einzelfipule in Form einer horizontalen tage von spiralartig um den Kern den Pols nngcordneten Windungen ausgeführt wird. In Abhängigkeit von der erfordorlichen Windungozahl in der senkrechten Reihe wird die Polspule aus einer entsprechenden Anzahl von der Höhersch aufeinandergelegter Einzolspulen zusammengesetzt. In dicsen Polspulen sind die Ableitungsenden der Einzelspulen mittels Lötung entsprechend miteinander verbunden, und die Verbindungen der Ableitungsenden liegen sowohl außen als auch innen in der Pol spule. There are also winding pole coils composed of single-pole coils known, each individual fipule in the form of a horizontal day of spiral-like around the core of the pole nngcorden turns is carried out. In dependence of the required number of turns in the vertical row is the pole coil from one corresponding number of single-pole coils stacked on top of one another. In these pole coils, the discharge ends of the individual coils are soldered accordingly connected to each other, and the connections of the discharge ends are both outside as well as inside the pole coil.

Dic Nachteile solcher Polspulen sind - die große Zahl von Lötverbindungen, die nur um eine kleiner ist als die Zahl der Einzelspulen bzw. der horizontalen Lagen , wodurch die Fertigung der Polßpule kompliziert und ihre Sicherheit horabgesetzt wird; - das Vorhandonsoin an der Innenseito der Pol spule angeordneter und damit zur Besichtigung und Reparatur schloch zugänglicher Verbindungen, wae besonders für Polepulen mit direkter Flüssigkeitskühlung, bei der Leckverluste der Flüssigkeit durch solche Verbindungen möglich sind, uncrwünscht ist; - die große Höhe der Polopule, die sich bei einer ungerad zahligen Anznhl der horizontalen Lagen wegen der Notwendigkeit einer Ableitung des Leiters von der Innenseite der Spule zur Außenseite hin ergibt, wochrch die Höho der Polnpule gleich der Summe der Höhon der Spulenwindungen nod der windungsisolation sowie der eine Lage besetzenden Ableitungen wird. The disadvantages of such pole coils are - the large number of soldered connections, which is only one less than the number of individual coils or the horizontal ones Layers, which complicates the manufacture of the pole coil and reduces its security will; - the front onsoin on the inside of the pole coil arranged and thus for the inspection and repair of connections accessible through the downhole, wae especially for pole coils with direct liquid cooling with leakage losses of the Liquid possible through such connections is undesirable; - the size Height of the polo bobbin with an odd number of horizontal layers because of the need for the conductor to be diverted from the inside of the coil towards the outside, the height of the pole coil is equal to the sum of the height the coil windings nod the winding insulation and the conductors occupying a layer will.

Diene Nachteile führen zu einer Vergrößerung dor Folepulonabmonsungen, einer Verschlechterung ihrer Betriebskenndaten und letzten Endes zu einer Herabsetzung der Botriebeicherheit der elektrischen Maschine im ganzen. Its disadvantages lead to an increase in the folepulon consummation, a deterioration in their operational characteristics and ultimately a reduction the security of the electrical machine as a whole.

Es sind auch Polopulen bekannt, die zwei senkrochte Windungsreinen enthalten und aus zwei Halbspulen zusammengesetzt sind. Zu den nachteilen einer solchen Polspule muß auch das Vorhandennein von Windungsverbindungen innerhalb und außerhalb dor Spule sowie der Umstand gerechnet werden, daß die Spulenableitungen ebenso wie bei der oben beschriebenen Polspule eine ganze horizontale Windungslage besetzen. There are also known polopulas, the two vertically crawling winding purees and are composed of two half-coils. One of the disadvantages of one such pole coil must also include the presence of winding connections within and outside of the coil as well as the fact that the coil leads just as in the case of the pole coil described above, a whole horizontal winding position occupy.

Es int ferner eine kombinierte, aus Einzelspulon sunammengesotzte Mehrwindungnnpulo bekannt (vgl. z.B. USA-Patentschrift Nr. 3566171). Diese Polspule enthält drei einreihigo Einzolnpulen oder Wicklungen, von denen zwei in Höhenrichtung aufeinandergelegte Wicklungen rings um dio dritte angeordnet sind, wobei die Gennmthoiie der äußeren umfanoondon Wicklungen gleich dor Höhe der inneren umfaßten Wicklung ist. Die olektrischen Verbindungen der Wicklungen miteinander sind im Spolt zwischen der inneren und der äußoron Wicklung ausgeführt. There is also a combined, sun-summed from single coil Mehrwindungnnnnpulo known (see e.g. USA Patent No. 3566171). This pole coil contains three single row coils or windings, two of which are in the vertical direction stacked windings arranged around the third are, the geometry of the outer peripheral windings being equal to the height of the inner covered winding is. The electrical connections between the windings are made in the Spolt between the inner and the outer winding.

Zu den Nachteilen einer solchen Mebrwindungspolspule muß eine gewisac Komplizortheit der Ausführung der Wicklungsverbindungen und die erschwerte Zugänglichkeit dieser Vorbindungen zur Besichtigung, besonders von den Spulenseiten aus, gezählt worden, wodurch auch keine normale Bedienbarkeit und Betriebssicherheit der elektrischen Maschine gewührleistet wird. The disadvantages of such a Mebrwindungspolspule must be a gewisac The complexity of the execution of the winding connections and the difficult accessibility of these pre-ties for inspection, especially from the coil sides, counted been, whereby also no normal operability and operational safety of the electrical Machine is guaranteed.

Der vorliegende Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Aufbau der Mchrwindungsspule für die Pole einer elektrischen Maschine zu entwickeln. der eine Mindentauzabl der Verbindungen zwischen den Spulenwindungen und die Anordnung dieser Verbindungen nur an der Außenseite der Spule bei gleichzeitiger Redizierung ihrer Abmessungen gewährleistet. The present invention is based on the object of such To develop the structure of the winding coil for the poles of an electrical machine. the one minimum of the connections between the coil turns and the arrangement these connections only on the outside of the coil with simultaneous redizierung their dimensions guaranteed.

Zur Lösung dor gestellten technischen Aufgnbe ist eine mohrwindungaspule für Pole einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, die mehrere Lagen der Höhe nach und mchrere Reihen der Stärke nach enthält und aus einzelnen, elektrisch mitoinander verbundenen Wicklunge basteht, bei der erfindungsgemäß alle Wicklungen einreihig der Stärke nach über die ganze Spulonhöhe ausgeführt sind und eine gleiche Windungszahl mit gleicheinniger Wickclrichtung besitzen, wobei die Wicklungen eine in die ondero konzentrinch eingesetzt und so orientiert sind, daß die ersten Ableitungsenden sämtlicher Wicklungen nnbeneinander an einer Stirnseite der Spule und die zweiten Abloitungsenden sümtlicher Wicklungen nobeneinander on der enderen Stirnscite der Spule angeordnet sind. während alle Ableitungnenden sämtlicher Wicklungen zu einer Seitenwand der Spule gerichtet und an der Aunenonit-e dieser Spulenwand verbunden sind. The solution to this technical problem is a winding coil proposed for poles of an electrical machine, which have several layers according to height and contains several series of strengths and of individual ones, electrically connected to one another connected windings, in which, according to the invention, all windings are in a single row are designed according to the strength over the entire Spulonhöhe and an equal number of turns with the same winding direction, with the windings one in the ondero are used concentrinch and oriented so that the first lead ends are all Windings next to one another on one end of the coil and the second dissipation ends all the more Windings are arranged one above the other on the end face of the coil. while all lead ends of all windings directed to a side wall of the coil and are connected to the aunenonite of this coil wall.

Gemäß einem aunf2hrungsheinptel der erfindung mti aus drei Wicklungen zuanmmengenstzter Polspule wird n das erste Ableitungsende der Außenwicklung und an das zweite bleitungsende der Mittolwicklung eine Speisespannung angelegt. während die ersten Ableitungsenden der Mittel- und Innonwicklung an die zweiten Ableitungnenden der Innen- bzw. Außenwicklung angelötet werden, so daß alle drei Spulenwiklungen elektrisch in Reihe geschaltet sind. According to an embodiment of the invention with three windings added pole coil becomes the first derivative end of the outer winding and n a supply voltage is applied to the second lead end of the middle winding. while the first lead ends of the middle and inno winding to the second lead ends the inner and outer winding are soldered so that all three coil windings are electrically connected in series.

Die Konstruktion der Mchrwindungsspule für Pole einer elektrischen maschine gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleistet eine Vergrößerung der Nutzhöhe der Spule in jeder senkrechten Reihe je eine Windung, wodurch der Füllfaktor des Polîensters in der elektrischen Maschine gesteigert wird. The construction of the winding coil for poles of an electrical Machine according to the present invention ensures an increase in the usable height of the coil in each vertical row one turn, which increases the fill factor of the Polîensters in the electrical machine is increased.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhnnd der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigelegton Zeichnungen erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Pol der elektrischen Maschine im Teilquerv schnitt mit auf dienem angeordneter Mohrwindungspolnpule gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine Mchrwindungspolspule ohne Windungsisolation in axonomotrischer Darstellung mit einer Unterbrechung über die Spulenlänge. In the following, the present invention will be made based on the description an embodiment and the accompanying drawings explained. It shows: Fig. 1 a pole of the electrical machine in Teilquerv cut with arranged on the service Mohrwindungspolnpule according to the invention; Fig. 2 shows a winding pole coil without Winding isolation in axonomotric representation with an interruption over the Spool length.

Aun Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Mchrwindungaspule 1 des Pols 2 einer elektrischon maschine drei senkrechte Reihen und sechszchn horizontale Lagen von Windungen enthält, die um den Kern 3 des Pols 2 auf einer Isolierschicht 4 aufgewickeit und zwischen einer cheren Isolierscheibe 5 und einer unteran isolierschoibe 6 angeordnet sind. Die Polspule 1 ist nun Kupforloitorn 7 gefertigt, die einen rechteckigen Querschnitt mit Öffnungen 8 zum Umlauf einer Kühlflüssigkeit aufweisen und üblicherweise mit einer Isolation 9 isoliert sind. Aun Fig. 1 it can be seen that the winding coil 1 of the pole 2 of an electric machine three vertical rows and sixzchn horizontal layers of turns which are wound around the core 3 of the pole 2 on an insulating layer 4 and between a cheren insulating washer 5 and an insulating pad 6 below are. The pole coil 1 is now made Kupforloitorn 7, which has a rectangular cross section have with openings 8 for the circulation of a cooling liquid and usually with an insulation 9 are isolated.

Wie nun aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Mebrwindungsspule 1 aus drei cinzelnen einreihigen, konzcntrisch ineinander eingesetzten Wicklungen 10, 11 und 12 aufgebaut. Dabei ist dno innere Umfangemaß der Außenwicklung 10 grundsätzlich dem äuße ren Um fangamaß der Mittelwicklung 11 und das innere Umfangsmaß der Mittolwicklung 11 im Grunde dem äußeren Umfangamaß der Innenwicklung 12 gleich. Jode Wicklung 10, 11 und 12 ist in eine Reihe über die Stärke gewickelt und besitzt eine gleiche Anzahl von Windungen bzw. Lagen iioer die Höhe, und zwnr 16 Windungen. Die Mißonwicklung 10 hat Ableitungsenden 13 und 14, die Mit-telwicklung 11 hat Ableitungsenden 15 und 16 und die Innenwicklung 12 hat entsprechande Abteilungsenden 17 und 18. As can now be seen from FIG. 2, the Mebrwindungsspule 1 consists of three cindividual, single-row windings 10, 11 and 12 built. The inner circumference of the outer winding 10 is basically the same the outer circumference of the central winding 11 and the inner circumferential dimension of the central winding 11 is basically the same as the outer circumferential dimension of the inner winding 12. Iode winding 10, 11 and 12 are wound in a row across the thickness and have the same number of turns or layers iioer the height, and between 16 turns. The mishap 10 has lead ends 13 and 14, the middle winding 11 has lead ends 15 and 16 and the inner winding 12 has compartment ends 17 and 18, respectively.

Die Wicklungen 10, 11 und 12 haben gleichen Wickelsinn und sind in Bezug aufeinander so angeordnet, daß ihre einen Endon 13, 15 bzw.17 nebeneinander auf der oberen Stirnscite der Spule 1 und die anderen 14, 16 bzw. 18 auf der unteren Stirnseite der Spule 1 liegen Gleichzeitig sind sämtliche Ableitungsenden der Wicklungen 10, 11 und 12 nach einer Soite hin gerichtet. Die verbindenden Teile der Ableitungsenden der Wicklungen 10, 11 und 12 sind in bestimmter Weine unter den Winkeln abgebogen, die durch den Querschnitt des Loitern gegeben werden, no ausgeführt wie den in Fig. 2 gezeigt int, und auf der Außenseite einer von den Seitenwänden der Vollspule 1 angeordnet.The windings 10, 11 and 12 have the same winding direction and are in Arranged in relation to each other in such a way that their endons 13, 15 or 17 are next to each other on the upper end face of bobbin 1 and the others 14, 16 and 18, respectively, on the lower The end of the coil 1 are at the same time all Derivative ends of the windings 10, 11 and 12 directed towards a Soite. The connecting parts the derivative ends of windings 10, 11 and 12 are in certain wines below bent at the angles given by the cross-section of the loiter, no executed as int shown in Fig. 2, and on the outside of one of the side walls the full coil 1 arranged.

Die Wicklungen 10, 11 und 12 sind elektrisch miteinander in Reihe geschaltet: dos ableitungsende 13 dcr Außenwicklung 10 wird an die nicht dargestellte Speisequelle angeschlossen und das zweits Abioitungnende 14 der Wicklung 10 ist über ein Verbindungselement 19 mit dem Abloitungsende 17 der Innenwicklung 12 riiittels Hartlötungen 21 und 22 verbunden. Weiterhin ist ein andores Ableitungsende 18 der innenwicklung 12 durch ein Vorbindungsoloment 20 mit Hilfe der Hartlötungan 23 und 24 dom Ableitungoonde 15 der Mittelwicklung 11 zugeschaltet, Dabei wird das Ableitungßende 16 der Mittelwicklung 11 ebenfalls an die nicht dargestellte Epeisequelle angeschlossen. Auf diene Weine verlmifen die Ableitungen 13 und 16 der Vollspule 1 bei einer ungeradzahligen Anzahl der Wicklungen von der Außen- und Mittclwicklung 10 bzw. 11. The windings 10, 11 and 12 are electrically in series with one another switched: the discharge end 13 of the outer winding 10 is connected to the not shown Connected supply source and the second Abioitungnende 14 of the winding 10 is A connecting element 19 with the detachment end 17 of the inner winding 12 riiittels Brazes 21 and 22 connected. Furthermore, an andores discharge end 18 is the inner winding 12 by means of a pre-binding torque 20 with the aid of brazing on 23 and 24 dom Ableitungoonde 15 of the center winding 11 is connected, the Ableitungßende 16 of the center winding 11 is also connected to the power source, not shown. The leads 13 and 16 of the full bobbin 1 in the case of an odd number loop onto your wines Number of turns of the outer and middle winding 10 and 11 respectively.

Die Herstellung der Voll spule 1 geschieht durch ihren Zusammonbau aus einzelnen Wicklungen 10, 11, 12 oder mittels die gleichzeitigen Aufwickelung einer Dreireihenspule gemeinsam mit der Isolation zwischen den Reihen auf einen Wickeldorn. The production of the full coil 1 is done by assembling it from individual windings 10, 11, 12 or by means of simultaneous winding a three-row coil together with the insulation between the rows on one Winding mandrel.

Die Mehrwindungsspule für Pole einer elektrischen Maschine entsprechond der vorliegenden Erfindung gestattet bei einer Mindesthöhe derselben eine beliebige Anzahl horizontaler Windungelagen, sowohl eine geradzablige als auch eine ungeradzahlige, zu gewäbrleisten, den Arbeitsaufwand bei der Fertigung, dem Zusammenbau und der technologinchen prüfung borabdurch zusetzen sowie die Verminderung der Anzahl von Lötverbindunget und das Herausführen sämtlicher Verbindungen auf die Außenseite der Spule die Bedienung beim Botrieb zu vereinfachon und die Sicherheit der ganzen elektrischen Maschine zu steigern. L e e r s e i t e The multi-turn coil for poles of an electrical machine corresponding of the present invention allows any with a minimum height thereof Number of horizontal turns, both an even and an odd number, to ensure the labor involved in production, assembly and the technologinchen test borab by adding and reducing the number of Soldered connection and leading out all connections to the outside the coil to simplify the operation of the boat and the safety of the whole electric machine to boost. L e r s e i t e

Claims

Multi-turn coil for poles of electrical machines P a t e n t a n T r u u b e: 1. Mobile winding coil for poles of electrical machines, which are more common lay over the height and several rows over the thickness and contain an individual, cloctrically pre-tied windings, thereby marked that all windings (10, 11 and 12) in one row of the strength over the whole height Coil (1) are carried out and an equal number of turns with the same winding direction Exhibit. the windings (10, 11 and 12) concentrically one in the other inserted and oriented so that the harvested lead ends (13, 15 and 17) the windings (10, 11 and 12) side by side on one end face of the coil (1) and the second discharge ends (14, 16 and 18) of the windings (10, 11 and 12) next to one another are arranged on the other end of the coil (1), along with all the discharge probes (13, 15, 17 and 14, 16, 18) of the windings (10, 11 and 12) into one Side wall the coil (1) and connected to the outside of this wall dor the coil (1) are.

2. Multi-turn coil for poles of electrical machines according to claim 1, characterized in that if the diase is composed of three windings int, to the first derivation probe (13) of the outer winding (10) and to the second derivation end (16) of the middle winding (11) the supply voltage is applied int, while the first discharge ends (15 and 17) of the middle winding (11) or the inner winding (12) to the second lead ends (18 and 14) of the inner winding (12) and the outer winding (10) are soldered, whereby all three windings of the coil are electrically connected in series.